微動摩擦試驗機設(shè)計含10張CAD圖,微動,摩擦,磨擦,試驗,實驗,設(shè)計,10,cad
微動摩擦試驗機設(shè)計
摘 要
微動摩擦的含義是指在工件間發(fā)生很小的相對位移所產(chǎn)生的摩擦。微動摩擦與常見摩擦一樣，對生產(chǎn)生活有十分巨大的危害。比如，致使產(chǎn)生表面裂紋以及摩擦磨損加劇而使得零件更加容易損壞。尤其是在工業(yè)領(lǐng)域中造成的損壞已經(jīng)十分巨大。因此，對于微動摩擦的研究，有十分重要的意義。微動摩擦方面的研究已經(jīng)顯得十分迫切，但是相關(guān)實驗裝備略有不足。
這里描述了微動摩擦的概念，簡要記錄了摩擦試驗機的設(shè)計過程以及設(shè)計數(shù)據(jù)。以摩擦學(xué)為基礎(chǔ)，機械學(xué)科知識為理論依據(jù)，利用CAD、CATIA和ANSYS等軟件對試驗機的機械部分進行了設(shè)計以及優(yōu)化分析。
希望設(shè)計的微動摩擦試驗機能夠有效的改善當(dāng)前微動摩擦研究不足的狀況，或者給別的研究人員以一定的研究思路。本設(shè)計采用凸輪和三角結(jié)構(gòu)來減少位移量，實現(xiàn)微動；采用上端加壓的方式來實現(xiàn)改變載荷；具有一定的自動控制與反饋系統(tǒng)，可以方便地進行各種情況下的微動摩擦的實驗以及環(huán)境模，并對方案的相關(guān)工件的夾具進行了設(shè)計。
關(guān)鍵詞：微動摩擦，試驗機，加壓，凸輪
Abstract
Fretting friction refers to the friction that occurs when there is very little movement between the contact surfaces. Fretting friction, like common friction, is a great hazard. For example, it leads to surface cracks and increased friction and wear, which results in a reduction in the life of parts. In particular, the damage caused in the industrial field has been enormous. Therefore, the study of fretting friction has very important significance . The study of fretting friction has become very urgent, but the relevant experimental equipment is also slightly inadequate.
This article describes the concept of fretting friction and briefly analyzes the design process and design data of the fretting friction tester. Based on tribology and knowledge of mechanical disciplines, the mechanical parts of the tester were designed and optimized using software such as CAD, CATIA and ANSYS.
It is hoped that the micro-motion friction testing machine designed can effectively improve the current research situation of fretting friction, or give other researchers a certain amount of research ideas. This design adopts cam and triangle structure to reduce the displacement and achieve micro-motion; adopts the upper end of the pressure to achieve the change of load; has a certain automatic control and feedback system, which can easily perform the fretting experiment under various conditions. As well as the environmental model, the fixtures of the related parts of the project were designed.
Key words：Fretting friction、Testing Machine、Pressurized、cam
目 錄
引 言 1
第一章 緒 論 2
1.1摩擦學(xué)概述 2
1.2 微動摩擦學(xué)基本概念 2
1.2.1 微動摩擦的定義 2
1.2.2微動的分類 2
1.3 試驗機的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4 本文的研究目的及工作 4
第二章 總體設(shè)計 5
2.1試驗機的技術(shù)指標(biāo) 5
2.2 總體設(shè)計的內(nèi)容及設(shè)計原則 5
2.3微位移系統(tǒng)設(shè)計 6
2.4加壓系統(tǒng)設(shè)計 7
2.5夾具部分設(shè)計 8
2.5本章小結(jié) 9
第三章 設(shè)計計算 10
3.1設(shè)計計算的幾個方面 10
3.2錐齒輪的相關(guān)設(shè)計計算 10
3.2.1 選精度等級、材料及齒數(shù) 10
3.2.2根據(jù)齒面接觸疲勞強度計算 10
3.2.3確定傳動尺寸 12
3.2.4校核齒根彎曲疲勞強度 12
3.2.5計算錐齒輪傳動其它幾何參數(shù) 13
3.3高速軸設(shè)計計算 15
3.4低速軸設(shè)計計算 18
3.5 帶傳動設(shè)計 22
3.5.1計算設(shè)計功率Pd 22
3.5.2選擇帶型 22
3.5.3確定基準(zhǔn)直徑 23
3.5.4確定基準(zhǔn)長度、驗算小輪包角 23
3.5.5確定帶的根數(shù)z 24
3.5.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 24
3.5.7確定帶的張緊裝置 24
3.5.8計算壓軸力 24
第四章 工作裝置設(shè)計 25
4.1箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸 25
4.2鍵的選擇 25
4.3聯(lián)軸器的選擇 25
4.4螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇 25
4.5銷的選擇 26
4.6導(dǎo)軌滑塊的選用 26
4.7本章小結(jié) 26
總結(jié) 29
參考文獻 30
謝 辭 31
引 言
此次畢業(yè)設(shè)計的目的是為了加深對于所學(xué)習(xí)的機械專業(yè)知識，提高學(xué)生自身機械設(shè)計的綜合能力。此次畢業(yè)設(shè)計范圍涉及機械所學(xué)知識的綜合運用以及電機領(lǐng)域的參考知識。學(xué)習(xí)前人的實驗成果，并進一步完善和創(chuàng)新。將眾多重要部件通過自我鉆研和查閱國內(nèi)國外刊物設(shè)計出來，在研究前輩們設(shè)計結(jié)果時，一定加入自我創(chuàng)新，這對于自我知識的完善總結(jié)有很大的幫助，使自身加深對于機械所學(xué)知識的認(rèn)識。通過關(guān)注國內(nèi)外在微動摩擦試驗機方面的相關(guān)知識進行探討研究，在目前的情況下，雖然通過自我研究很艱難，但是通過這一過程一定會對于以后的機械領(lǐng)域的學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)，這個堅實基礎(chǔ)對于自身來說是相當(dāng)重要的。通過對機械原理以及機械設(shè)計、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程的多方面深層次的研究探討，這對于機械領(lǐng)域的學(xué)習(xí)完善是相當(dāng)重要的，并且對于我們國家工業(yè)生產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)等多領(lǐng)域具有重大的意義。研究過程，其對于所學(xué)知識的要求很高，其所含有的知識份量業(yè)很重，所以必須要有很扎實的知識功底來創(chuàng)造一個美好的工業(yè)時代，能夠?qū)崿F(xiàn)對于節(jié)能、環(huán)保、減排等多方面的綜合水平標(biāo)準(zhǔn)，為我們祖國的偉大復(fù)興貢獻積極的力量。
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第一章 緒 論
1.1摩擦學(xué)概述
摩擦學(xué)是一門發(fā)現(xiàn)物體表面的相互作用規(guī)律的學(xué)科，它不僅包括了摩擦、磨損，還包括了表面的潤滑以及處理技術(shù)。而摩擦學(xué)的廣泛性導(dǎo)致，盡管是十分微小的摩擦，其帶來的損害也是非常巨大的。無論是能源上的消耗還是零部件的失效，或者是裝備事故。在當(dāng)前世界發(fā)展情況下，資源節(jié)約越來越成為國際性話題，而關(guān)于微動摩擦的研究也就被提上日程，并且越來越加以重視。
從原始社會起，摩擦的發(fā)現(xiàn)與利用就已經(jīng)變得十分普遍。但是到目前為止，人們依然沒有完全認(rèn)清起其原理。其發(fā)生機理，作用因素以及機制等方面都沒有形成完整的體系。但是它的進一步研究卻引起了一大批材料工程以及機械學(xué)科的革新。所以，對摩擦學(xué)的研究就被放在尤為重要的位置。很多的學(xué)習(xí)內(nèi)容都包含著摩擦學(xué)的內(nèi)容。而摩擦學(xué)的研究數(shù)據(jù)卻又來自于無數(shù)的實驗數(shù)據(jù)和廣泛的生產(chǎn)實踐。開展并加深對摩擦學(xué)的研究對于人類的發(fā)展以及生活生產(chǎn)需要具有重大的意義和指導(dǎo)工作。
1.2 微動摩擦學(xué)基本概念
1.2.1 微動摩擦的定義
微動摩擦其相對位移量十分微小，不易察覺。然而其大量的存在于裝置裝備和生活生產(chǎn)工具中。正是其隱蔽性，微動摩擦導(dǎo)致的危害更加巨大且不易察覺。作為一種摩擦方式，微動摩擦和別的摩擦方式的產(chǎn)生條件相同：相對位移、一對接觸表面、承受一定載荷。微動摩擦和別摩擦的不同點在于這里的相對運動非常的難以察覺。
1.2.2微動的分類
微動摩擦大概的可以簡化為球和面的高級副模型。按照微動摩擦的運動方式我們可以將其大致分為四種類型：（1）切向摩擦；（2）徑向摩擦；（3）滾動摩擦和（4）扭動摩擦。其運動具有隱蔽和復(fù)雜的性質(zhì)。盡管四種摩擦都十分常見于微動摩擦，由于其研究困難重重。微動摩擦的磨損情況根據(jù)出現(xiàn)的磨傷狀態(tài)分為大致三種：（1）微動磨損；（2）微動疲勞；（3）微動腐蝕。其造成的損壞有表面磨損和疲勞裂紋。
1.3 試驗機的發(fā)展現(xiàn)狀
使用微動摩擦試驗機進行試驗的主要目的是測量工件的摩擦系數(shù)，模擬工件的工作環(huán)境，以此來得到工件的工作狀況。使用實驗所得的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。但是這樣實驗也有很多不足之處。比如，沒有辦法做到單一變量，對參數(shù)的測定比較困難，無法保證其精度，不具有普遍意義，試驗周期長，成本較高。實驗室實驗更加接近理想化實際工況，但也具有其局限性。但是如果避開其局限性用來研究微動摩擦的摩擦情況，將會給微動摩擦實驗帶了很大的便捷。微動摩擦試驗具有很多的方面，直到目前為止，關(guān)于這方面的標(biāo)準(zhǔn)不能夠進行完全的統(tǒng)一。到現(xiàn)在為止，常見的的試驗機被分為以下幾種：
表 1常用微動摩擦試驗機形式
試驗機形式
優(yōu)點
缺點
機械式
電磁式
電液伺服式
結(jié)構(gòu)簡單、成本低
頻帶寬、體積小
實現(xiàn)循環(huán)、控制精度高
精度差、自動化程度低
振幅不高、激振力小
體積大、易漏油、成本高
微位移方面需要包含三個部分，即：微位移方面、檢測方面和控制方面的裝置。而微位移的實現(xiàn)方式可以使用機械傳動、彈性變形和電磁等不同的產(chǎn)生方式。機械傳動應(yīng)用的比較多一點，形式可以十分多樣，但是精度比較差，靈敏度低，傳動具有很大的誤差。因此不適用于巨大和特別短的微位移中。彈性變形的方式，容易產(chǎn)生摩擦以及震動，影響實驗數(shù)據(jù)。而且彈性變形方式設(shè)計出來的微位移系統(tǒng)精度要求較高，難以維護。電磁式的微位移系統(tǒng)，容易發(fā)熱且易產(chǎn)生震蕩，靈敏度過高時十分不穩(wěn)定。考慮到以上幾點，以及對于實驗室研究能力的判斷以后，我們選擇機械方式的微位移更加方便和現(xiàn)實。在此過程中，調(diào)查大量的微動摩擦試驗機，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段的摩擦試驗機對于自動控制方面十分不足。只有由微機控制，實現(xiàn)自動化以后才能更好的開展對于微動摩擦的實驗。微動摩擦本來就是十分的難以察覺，而自動的傳感和測量就可以將小的位移進行放大。由于微動摩擦所造成的磨損十分微小可以忽略，而現(xiàn)有的磨損測量都是通過質(zhì)量，因此，我們的設(shè)計不進行磨損方面的設(shè)計。
1.4 本文的研究目的及工作
從原始社會起，摩擦的發(fā)現(xiàn)與利用就已經(jīng)變得十分普遍。但是到目前為止，人們依然沒有完全認(rèn)清起其原理。其發(fā)生機理，作用因素以及機制等方面都沒有形成完整的體系。但是它的進一步研究卻引起了一大批材料工程以及機械學(xué)科的革新。所以，對摩擦學(xué)的研究就被放在尤為重要的位置。很多的學(xué)習(xí)內(nèi)容都包含著摩擦學(xué)的內(nèi)容。而摩擦學(xué)的研究數(shù)據(jù)卻又來自于無數(shù)的實驗數(shù)據(jù)和廣泛的生產(chǎn)實踐。開展并加深對摩擦學(xué)的研究對于人類的發(fā)展以及生活生產(chǎn)需要具有重大的意義和指導(dǎo)工作。
實驗室實驗更加接近理想化實際工況，但也具有其局限性。但是如果避開其局限性用來研究微動摩擦的摩擦情況，將會給微動摩擦實驗帶了很大的便捷。微動摩擦試驗具有很多的方面，直到目前為止，關(guān)于這方面的標(biāo)準(zhǔn)不能夠進行完全的統(tǒng)一。
（一）緒論：提出摩擦學(xué)的概述和微動摩擦學(xué)的一些理論，讓大家對微動摩擦學(xué)有一定的了解，然后明白微動摩擦試驗機的必要性。然后拋出現(xiàn)在試驗機的研究現(xiàn)狀以及不足之處，從中的到一定的靈感，以便于設(shè)計自己的微動摩擦試驗機。
（二）試驗機總體方案：由前面對現(xiàn)有的微動摩擦試驗機的闡明，找到得當(dāng)?shù)脑O(shè)計，對微動摩擦試驗機進行總體方案設(shè)計。然后對設(shè)計后的摩擦試驗機進行一定的分析和優(yōu)化。通過上試樣不動而下式樣移動的方法來形成相對位移，采用上方加壓的方式來實現(xiàn)摩擦實驗的載荷需求以及試件實際工況的模擬。
（三）微動摩擦試驗機設(shè)計計算：對設(shè)計的摩擦試驗機的零件設(shè)計及計算校核，尋找其主要配件的工作原理和型號參數(shù)。
（四）工作裝置設(shè)計：對于箱體的設(shè)計、軸承和電機等的選用進行必要的設(shè)計，來保證整機的工作狀況，對于滑軌型號的選用以及傳感器的選用的詳細(xì)描述。
（五）總結(jié)及鳴謝：對畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和計算的總結(jié)，然后提出畢業(yè)設(shè)計的缺點和對未來發(fā)展的展望。同時，對本次畢業(yè)設(shè)計整個過程給予我?guī)兔Φ娜酥乱猿绺叩母兄x。
第二章 總體設(shè)計
2.1試驗機的技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)已有的微動摩擦試驗機的數(shù)據(jù)進行參考，以及對于本次設(shè)計實際需要，大致設(shè)計本試驗機的技術(shù)指標(biāo)如下：
表 2微動摩擦試驗機技術(shù)指標(biāo)
試驗機技術(shù)指標(biāo)
具體參數(shù)
水平運動行程
加載（豎直）運動行程
加載重復(fù)定位精度
載荷（正壓力）范圍
摩擦力范圍
1μm-2mm
0-40mm
0.02mm
0-1000N
0-500N
2.2 總體設(shè)計的內(nèi)容及設(shè)計原則
微動摩擦試驗機的設(shè)計總體可以分為一下幾個方面：微位移系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)、夾具以及控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文記錄了微位移、負(fù)載和夾具的設(shè)計方面。通過對以上幾種系統(tǒng)的設(shè)計來完成在實驗室能夠有效地將摩擦副工件工作狀態(tài)的重現(xiàn)，以此記錄摩擦副的情況，從而能夠總結(jié)其規(guī)律。作為研究微動摩擦的基礎(chǔ)裝備，通過設(shè)置基礎(chǔ)的參數(shù)來改變摩擦環(huán)境，從而達到模擬工件實際工作環(huán)境和摩擦系統(tǒng)的目的。本設(shè)計從實際需要出發(fā)，結(jié)合了機械驅(qū)動方式以及現(xiàn)代化的測量與控制技術(shù)和計算機技術(shù)等方面，設(shè)計出一臺能夠滿足研究需要的一臺較為自動化的微動摩擦試驗機裝置。而自動化和傳感器的應(yīng)用不僅能夠解放人力資源而且使得測量的數(shù)據(jù)更加的接近真實，達到可靠的地步。本設(shè)計一部分程度上的完善了機械系統(tǒng)設(shè)計所導(dǎo)致的精度不足的問題。但是在與精度方面，相比于其他的系統(tǒng)所設(shè)計的摩擦試驗機還需要較大的改善。
圖 1摩擦試驗機的組成
根據(jù)圖一可知，通過控制上下工件的相對運動以及其載荷、運動頻率、時間等因素。通過應(yīng)變片等檢測裝置來收集相關(guān)數(shù)據(jù)，獲得摩擦力、摩擦系數(shù)、預(yù)應(yīng)力等數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對微動摩擦的實驗及數(shù)據(jù)收集。
2.3微位移系統(tǒng)設(shè)計
微位移系統(tǒng)是實現(xiàn)試驗中兩個摩擦副的左右運動的裝置。在保證位移的同時，針對本實驗機還需要能夠?qū)崿F(xiàn)微小位移的移動。此設(shè)計中的移動裝置需要能夠有十分小的位移，而且還要有高頻率、低震動和很好的穩(wěn)定性。
圖 2微位移系統(tǒng)概念圖
使用凸輪作為曲柄，由一個電機帶動凸輪的運動來實現(xiàn)系統(tǒng)的微小高頻率往復(fù)運動。同時，為了確保工件的運動，將工件放置在滑塊上，滑塊與滑軌鏈接，以此來確保整個運動裝置的運動方向以及減小桌面對運動副運動的相關(guān)影響。由于對于運動速度方面的要求，在電機與凸輪的連接過程中還需要加入減速的裝置，這里我們將連接過程中加入了減速器以及皮帶連接來達到能夠減速的目的。在連桿連接中，為了保持連接的穩(wěn)定性，制作一個前后對稱的運動傳遞裝置，用一根桿進行連接。這樣就可以保證滑塊前后側(cè)運動的同步，使水平左右移動的十分平穩(wěn)。
圖 3微位移動力傳遞方案
2.4加壓系統(tǒng)設(shè)計
在摩擦的幾個因素之中，想要發(fā)生摩擦就需要摩擦副間具有壓力。在摩擦試驗機設(shè)計中加壓系統(tǒng)也十分重要。因為在整個裝置中，工件下有滑軌與滑塊連接，因此加壓裝置必須放置在整個實驗裝置的上方。采用傳感器和一定的自動控制和反饋原理，我們可以設(shè)計出能夠自動運行和停止的加壓裝置。在設(shè)計中我采用了絲杠來將桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，通過電機的正反轉(zhuǎn)來達到直線往復(fù)運動，從而可以實現(xiàn)加壓和卸載。而滑塊可以保障摩擦工件在Z軸方向的位移，來減少X軸方向上的影響。將力傳感器安置在夾具的上方，來測試系統(tǒng)的壓力，從而可以得到實驗結(jié)果想要的數(shù)據(jù)，以及求出摩擦力和摩擦系數(shù)。絲杠由電機帶動。由于運動需要一定的可控性，我們將電機的運動通過帶輪進行減速，然后由聯(lián)軸器連接帶輪和電機以及帶輪和絲杠，從而達到運動的傳遞。
圖 4絲杠部分示意圖
2.5夾具部分設(shè)計
設(shè)計上試件為圓的，下試件為正方形的。在微動摩擦實驗機中，我們要滿足加壓以及左右的水平位移。對于下試件來說，由于下試件為方形，我們在滑塊上開一個槽，將下試件放置在槽中，就可以保障其在水平方向和豎直方向的自由度，同時保障了下試件的旋轉(zhuǎn)方向的自由度。這樣，我們限制了下試件的六個自由度以后，我們就可以讓下試件只能夠隨著滑塊的移動而移動?；瑝K通過滑軌的限制，也只具有水平方向上的左右移動，也就是X軸的自由度。這樣以后，整個下夾具的移動方式也就被限制在水平方向上的左右移動，滿足了實驗的需求。上試件是圓的，上試件的運動就是隨著絲杠的移動而上下移動。我們依然將上試件夾具開一個槽可以保證上試件可以放置進入槽中，這時，我們還要保證上試件不會掉落以及沿豎直方向的轉(zhuǎn)動。所以這個時候就可以使用銷釘將上試件和上試件夾具進行連接，不僅保證了上試件豎直方向的固定，而且還保證了其在沿豎直方向上旋轉(zhuǎn)的自由度。這樣我們就成功的限制了上試件，使其只能夠隨著上夾具以及絲杠的運動而運動。而絲杠只進行Z軸方向的位移，達到了實驗所需的要求。
圖 5上下夾具及下試件示意圖
2.5本章小結(jié)
本章主要闡述了微動摩擦試驗機設(shè)計過程中關(guān)于微位移、加壓和夾具方面的理論設(shè)計思路。這里可以是大家方便了解整個設(shè)計過程中的思路以及原理，為后面對設(shè)計的計算以及校核做一個充分的準(zhǔn)備。
從上面的描述來看，我們使用凸輪來形成曲柄連桿機構(gòu)，然后用三角形的連桿來減少位移。通過滑塊來控制工件的移動。通過電機帶動的絲杠螺母來進行豎直方向的加壓動作，傳感器測試壓力大小然后反饋給微機，最后微機再次控制電機來進行自動控制的方式。夾具的設(shè)計應(yīng)該盡量方便簡單，而夾具上挖槽來控制工件的移動很簡單。
在設(shè)計中我采用了絲杠來將桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，通過電機的正反轉(zhuǎn)來達到直線往復(fù)運動，從而可以實現(xiàn)加壓和卸載。
第三章 設(shè)計計算
3.1設(shè)計計算的幾個方面
設(shè)計計算是整個裝置中出標(biāo)準(zhǔn)件外的各種零件的設(shè)計，設(shè)計出來的零件需要能夠滿足試驗機工作要求以及壽命分析。在全部設(shè)計中進行計算的有以下幾點：1.減速器的錐齒輪一對；2.減速器中軸的設(shè)計；3.絲杠的相關(guān)計算；4.絲杠的帶輪的設(shè)計。這五個方面就可以設(shè)計完成整個裝置的加壓以及位移系統(tǒng)方面的工作。
3.2錐齒輪的相關(guān)設(shè)計計算
3.2.1 選精度等級、材料及齒數(shù)
（1）小齒輪45（調(diào)質(zhì)），197～286HBS，大齒輪45（正火），156～217HBS
（2）選小齒輪齒數(shù)Z1=27，可以求出大齒輪Z2=Z1×i=27×2=55。
實際傳動比i = 2.037
（3）壓力角α= 20°。
3.2.2根據(jù)齒面接觸疲勞強度計算
（1）由設(shè)計計算公式進行試算，即
確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
試選KHt=1.3 查圖選取ZH=2.5 T=29.55kN/m 選齒寬系數(shù)?R=0.3
由圖查得接觸疲勞極限分別為：
查圖得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa^0.5
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1 = 60n1jLh =4.147*10^9 N2 = 20736*10^9
由圖查取接觸疲勞系數(shù)：
計算許用應(yīng)力，取損壞的概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
取[σH]1和[σH]2中較小的那個用來進行該齒輪副的應(yīng)力計算，即
（2）計算
1）小齒輪分度圓直徑d1t，帶入較小的值可以得到d1t>66.453mm
2）計算圓周速度v
56.485mm
2.839m/s
3）計算當(dāng)量齒寬系數(shù)φd
42.987mm
0.761
4）計算載荷系數(shù)
查表得使用系數(shù)KA=1
查圖得動載系數(shù)KV=1.05
取齒間載荷分配系數(shù)：KHα=1
查表得齒向載荷分布系數(shù)：KHβ=1.738
實際載荷系數(shù)為
1.8249
5）算得分度圓直徑
6）計算模數(shù)
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3mm。
3.2.3確定傳動尺寸
（1）實際傳動比
（2）大端分度圓直徑
（3）齒寬中點分度圓直徑
（4）錐頂距為
（5）齒寬為
取b=28mm
3.2.4校核齒根彎曲疲勞強度
齒根彎曲疲勞強度條件為
1） K、b、m和φR同前
2）圓周力為
小齒輪當(dāng)量齒數(shù):
大齒輪當(dāng)量齒數(shù):
查表得：
疲勞極限為:
由圖查取彎曲疲勞系數(shù)：
取S=1.25，得
故彎曲強度足夠。
3.2.5計算錐齒輪傳動其它幾何參數(shù)
（1）齒輪數(shù)據(jù)
（2）分錐角（由前面計算）
（2）計算齒頂圓直徑
（3）計算齒根圓直徑
（4）計算齒頂角
θa 1 = θa2 = atan(ha/R) = 1°52'10"
（5）計算齒根角
θf1 = θf2 = atan(hf/R) = 2°14'35"
（6）計算齒頂錐角
δa1 = δ1 + θa1 = 28°0'59"
δa2 = δ 2 + θa2 = 65°43'22"
（7）計算齒根錐角
δf1 = δ1 - θf1 = 23°54'13"
δf2 = δ2 - θf2 = 61°36'35"
3.3高速軸設(shè)計計算
1.已知 轉(zhuǎn)速n=960r/min；功率P=2.97kW；軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩T=29550N?mm
2.軸的材料為45調(diào)質(zhì)。許用彎曲應(yīng)力為60MPa
3.由于高速軸的彎矩大扭矩小，故取A0=112。 Dmin=25mm
故取dmin=25
4.確定各軸段的直徑和長度。
(1)聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩Tca = KA×T。取KA = 1.3
查GB T4323-2002，選用LX2聯(lián)軸器。半聯(lián)軸器的孔徑為25mm，長度為62mm。選用平鍵，A型鍵，b×h = 8×7mm(GB T 1096-2003)，L=45mm。
(2)初步選擇滾動軸承。根據(jù)d23 = 30 mm，選擇球軸承7207C，d×D×T = 35×72×17mm，故d34 = d56 = 35 mm。則d67=30mm。
(3)取小齒輪距箱體內(nèi)壁之距離Δ1 =10mm?？紤]誤差，Δ=10mm，小齒輪寬L=36mm，那么
5.軸的受力分析
a.計算作用在軸上的支座反力
水平面內(nèi)的支反力
垂直面內(nèi)的支反力
總支承反力為：
b.繪制水平面彎矩圖
截面A在水平面內(nèi)彎矩
截面B在水平面內(nèi)彎矩
截面C在水平面內(nèi)彎矩
截面D在水平面內(nèi)彎矩
c.繪制垂直面彎矩圖
截面A在垂直面內(nèi)彎矩
截面B在垂直面內(nèi)彎矩
截面C在垂直面內(nèi)彎矩
截面D在垂直面內(nèi)彎矩
d.繪制合成彎矩圖
e.扭矩
f.當(dāng)量彎矩
A處當(dāng)量彎矩
B處當(dāng)量彎矩
C處當(dāng)量彎矩
D處當(dāng)量彎矩
圖 6高速軸受力
6.校核軸的強度
B為危險剖面
其抗彎截面系數(shù)為
抗扭截面系數(shù)為
最大彎曲應(yīng)力為
剪切應(yīng)力為
折合系數(shù)α=0.6
45調(diào)質(zhì)處理σB=640MPa，軸的許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=60MPa，σca<[σ-1b]，所以強度滿足要求。
3.4低速軸設(shè)計計算
1.已知的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速n=133.3r/min；功率P=2.77kW；軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩T=198450N?mm
2.使用45調(diào)質(zhì)，應(yīng)力為[σ]=60MPa
3. 由于低速軸受到的彎矩較小而受到的扭矩較大，故取A0=112。
故取dmin=40
(1)選取軸徑d12=40mm，取L1=56mm。用A型平鍵，b×h = 8×7mm(GB T 1096-2003)，L=45mm。
(2)初步選擇滾動軸承。根據(jù)d23 = 43 mm，選擇滾動球軸承7209C，其尺寸為d×D×T =45×85×19mm。
采用軸肩定位，h = 2.5 mm，因此，取d45 = 50mm
(3)取直徑d67 = 47 mm；故取L67 = 88 mm。
(4)螺釘C1=20mm，C2=18mm，箱座壁厚δ=16mm。
5.軸的受力分析
大齒輪圓周力
徑向力
軸向力
Fae=Fa4=202N
軸承A和軸承B在水平面上的支反力RAH和RBH
低速軸上徑向力Q=1248N
軸承A和軸承B在垂直面上的支反力RAV和RBV
軸承A的總支承反力為：
軸承B的總支承反力為：
a.計算彎矩
b.繪制合成彎矩圖
截面A處合成彎矩彎矩：
截面B處合成彎矩：
截面C左側(cè)合成彎矩：
截面C右側(cè)合成彎矩：
截面D處合成彎矩：
c.繪制扭矩圖
d.繪制當(dāng)量彎矩圖
截面A處當(dāng)量彎矩：
截面B處當(dāng)量彎矩：
截面C左側(cè)當(dāng)量彎矩：
截面C右側(cè)當(dāng)量彎矩：
截面D處當(dāng)量彎矩：
圖 7低速軸受力
6.校核軸的強度
A為危險剖面
其抗彎截面系數(shù)為
抗扭截面系數(shù)為
最大彎曲應(yīng)力為
剪切應(yīng)力為
系數(shù)α=0.6，當(dāng)量應(yīng)力為
45調(diào)質(zhì)處理抗拉強度極限σB=640MPa，許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=60MPa，σca<[σ-1b]，強度滿足要求。
3.5 帶傳動設(shè)計
輸出功率P=4kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=710r/min
3.5.1計算設(shè)計功率Pd
按照V帶的載荷平穩(wěn)，取KA＝1.1。
3.5.2選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動的功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速按書選取。
圖 8V帶輪帶型選擇
Pd＝4.4kW；n1＝1440r/min ，dd=80～100選取A型V帶。
3.5.3確定基準(zhǔn)直徑
由書得小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1=100mm> ddmin=75 mm
由《機械設(shè)計》查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得mm
誤差驗算傳動比：（為彈性滑動率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿足5m/s
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